DE112010004196T5 - Weight balanced engine piston - Google Patents

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Abstract

Ein Kolben für einen Verbrennungsmotor weist einen Kolbenboden mit einer äußeren zylindrischen Wand auf, der mit einem Körperteil des Kolbens verbunden ist und darüberliegt. Der Kolben weist zumindest eine Kolbenringdichtungsnut auf, die in der äußeren zylindrischen Wand ausgeformt ist, und sich umlaufend um den Kolbenboden erstreckt und eine erste Ölsammelnut, die in der äußeren zylindrischen Wand unter der mindestens einen Kolbenringdichtungsnut ausgeformt ist und sich parallel zu der mindestens einen Kolbenringdichtungsnut um einen gesamten Umfang des Kolbens erstreckt. Die erste Ölsammelnut hat eine erste Breite gemessen entlang einer Mittellinie des Kolbens. Eine zweite Ölsammelnut ist in der äußeren zylindrischen Wand unter der ersten Ölsammelnut ausgeformt, erstreckt sich parallel zur ersten Ölsammelnut um den gesamten Umfang des Kolbens und hat eine Breite, die zumindest doppelt so groß wie die Breite der erste Ölsammelnut ist.A piston for an internal combustion engine has a piston crown with an outer cylindrical wall which is connected to and lies above a body part of the piston. The piston has at least one piston ring seal groove which is formed in the outer cylindrical wall and extends circumferentially around the piston head and a first oil collecting groove which is formed in the outer cylindrical wall under the at least one piston ring seal groove and is parallel to the at least one piston ring seal groove extends around an entire circumference of the piston. The first oil collection groove has a first width measured along a center line of the piston. A second oil collection groove is formed in the outer cylindrical wall under the first oil collection groove, extends parallel to the first oil collection groove around the entire circumference of the piston and has a width that is at least twice the width of the first oil collection groove.

Description

Technisches GebietTechnical area

Diese Patentveröffentlichung bezieht sich allgemein auf Verbrennungsmotoren und insbesondere auf Kolben, die in Motorbohrungen arbeiten.This patent publication relates generally to internal combustion engines, and more particularly to pistons operating in engine bores.

Hintergrundbackground

Verbrennungsmotoren weisen einen oder mehrere Kolben auf, die durch Verbindungsstangen bzw. Pleuelstangen mit einer Kurbelwelle verbunden sind, und typischerweise angeordnet sind, um sich innerhalb von Bohrungen hin- und herzubewegen, die bekanntermaßen in einem Kurbelgehäuse ausgeformt sind. Ein typischer Kolben weist einen Kopfteil auf, der zumindest teilweise eine Brennkammer in jeder Bohrung definiert und ein Kolbenhemd, welches typischerweise eine Bolzenöffnung und andere Tragstrukturen zur Verbindung mit der Pleuelstange des Motors aufweist. Im Allgemeinen ist ein Kolben so geformt, dass er im Allgemeinen eine Napfform hat, wobei der Kolbenkopf die Basis bildet und der Kolbenhemdteil mit der Basis verbunden ist, und eine umschlossene Galerie des Kolbens umgibt. In typischen Anwendungen wird Schmieröl vom Motor innerhalb der Galerie des Kolbens während des Betriebs geliefert, um konvektiv verschiedene Teile des Kolbens zu kühlen und zu schmieren.Internal combustion engines include one or more pistons, which are connected by connecting rods to a crankshaft, and are typically arranged to reciprocate within bores, which are known to be formed in a crankcase. A typical piston has a head portion that at least partially defines a combustion chamber in each bore and a piston skirt typically having a bolt aperture and other support structures for connection to the connecting rod of the engine. In general, a piston is shaped to generally have a cup shape, with the piston head forming the base and the piston skirt portion connected to the base and surrounding an enclosed gallery of the piston. In typical applications, lubricating oil is supplied by the engine within the gallery of the piston during operation to convectively cool and lubricate various parts of the piston.

Ein typischer Kolbenkopf weist auch eine zylindrische Außenwand mit einer oder mehreren darin geformten umlaufenden kontinuierlichen Nuten auf. Diese Nuten erstrecken sich typischerweise parallel zueinander und sind ungefähr so bemessen, dass sie Dichtungsringe darin aufnehmen. Diese Dichtungsringe erzeugen Gleitdichtungen zwischen jedem Kolben und der Kurbelgehäusebohrung, in der er arbeitet. Typischerweise nimmt die Nut, die am nächsten zum Hemd des Kolbens gelegen ist, einen Abstreifring auf, der angeordnet ist, um Öl, welches an den Wänden der Kolbenbohrung haftet, während eines Abwärtshubes des Kolbens abzustreifen. Öl, welches zurückbleibt und die Wände der Bohrung folgend auf den Abwärtshub des Kolbens benetzt kann weiter in die Brennkammer eintreten und während des Betriebs des Motors verbrennen.A typical piston head also has a cylindrical outer wall with one or more circumferential continuous grooves formed therein. These grooves typically extend parallel to one another and are sized to receive sealing rings therein. These seal rings create sliding seals between each piston and the crankcase bore in which it operates. Typically, the groove closest to the skirt of the piston receives a scraper ring arranged to scrape off oil adhering to the walls of the piston bore during a downstroke of the piston. Oil remaining and wetting the walls of the bore following the downstroke of the piston may continue to enter the combustion chamber and burn during operation of the engine.

Eine bekannte Lösung zur Verbesserung der Entfernung von Öl, welches an den Bohrungswänden zu finden ist, während eines Abwärtshubes des Kolbens, ist im US-Patent 6,557,514 zu sehen, welches hier in seiner Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen ist (im Folgenden als ”das '514-Patent” bezeichnet). Das '514-Patent offenbart einen Kolben mit einer Außenwand, die teilweise durch einen Ringriemen definiert wird, und eine Ölgalerie aufweist, die intern im Kolben definiert ist. Eine Ölablaufnut ist in die Außenfläche des Ringriemens der zylindrischen Seitenwand des Kolbenkopfes eingearbeitet, und zwar unter zwei Kolbenringdichtungsnuten. Die Ölablaufnut ist teilweise durch eine Bodenwand definiert, die sich umlaufend um den Kolben erstreckt, jedoch unterbrochen ist, so dass Öl, welches in die Ölnut gelangt ist, nach unten zurück ins Kurbelgehäuse des Motors ablaufen kann. Eine obere Wand der Ölablaufnut erstreckt sich um den Umfang des Körpers des Kolbens. Wie im '514-Patent offenbart, nehmen die oberen Ringnuten Kolbenringe auf, während die unterste Nut frei von Kolbenringen ist und angeordnet ist, um das Öl zu sammeln, wenn der Kolben einen Abwärtshub ausführt.A known solution for improving the removal of oil that can be found on the bore walls during a downstroke of the piston is in the U.S. Patent 6,557,514 which is hereby incorporated by reference in its entirety (hereinafter referred to as "the '514 patent"). The '514 patent discloses a piston having an outer wall defined in part by an annular belt and having an oil gallery defined internally in the piston. An oil drain groove is machined into the outer surface of the annular belt of the cylindrical side wall of the piston head, under two piston ring sealing grooves. The oil drain groove is defined in part by a bottom wall that extends circumferentially around the piston but is interrupted so that oil that has entered the oil groove can drain down into the crankcase of the engine. An upper wall of the oil drain groove extends around the circumference of the body of the piston. As disclosed in the '514 patent, the upper annular grooves receive piston rings while the lowermost groove is free of piston rings and arranged to collect the oil as the piston makes a downward stroke.

Die Ölsammelnut, die im '514-Patent offenbart ist, ist zumindest teilweise dahingehend wirksam, dass sie die Menge an Öl verringert, die auf der Zylinderwand zurückbleibt, nachdem der Kolben einen Abwärtshub ausgeführt hat.The oil collecting groove, which in the '514 Patent is at least partially effective in reducing the amount of oil remaining on the cylinder wall after the piston has made a downward stroke.

Mit dem Vorangegangenen als Hintergrund ist es manchmal der Fall, dass eine ausgereifte Motorkonstruktion, insbesondere eine Konstruktion, die schon an Kunden verkauft wird, Verbesserungen bezüglich der Leistung der Kosten oder der Herkunft von Komponenten benötigt, was den Motor auf dem Markt erfolgreicher machen wird. Solche Produktverbesserungen von Motoren sind insbesondere wertvoll für einen Motorhersteller, wenn eine Rückwärtskompatibilität von neuen Komponenten, die an Stelle von Original-Motorkomponenten verwendet werden sollen, beibehalten wird. Trotzdem ist es traditionellerweise der Fall gewesen, dass Motorkolben nicht als Komponenten betrachtet werden, die in der Mitte eines Produktlebenszyklus eines speziellen Motors neu konstruiert werden können.With the foregoing background, it is sometimes the case that a mature engine design, particularly a design that is already sold to customers, needs improvements in the performance of the cost or the source of components, which will make the engine more successful in the marketplace. Such engine product improvements are particularly valuable to an engine manufacturer when maintaining backward compatibility of new components to be used in place of original engine components. Nevertheless, it has traditionally been the case that engine pistons are not considered as components that can be redesigned in the middle of a product life cycle of a particular engine.

Die Tatsache, dass Motorkolben nicht als Komponenten geeignet sind, die neu konstruiert werden können, um zu einem existierenden Motor zu passen und eine existierende grundlegende Kolbenkonstruktion zu ersetzen, beruht zum großen Teil darauf, dass konstruktive Veränderungen, die an einem Kolben vorgenommen werden, oft eine damit einhergehende Reihe von Veränderungen an anderen Motorkomponenten erfordern werden. Beispielsweise kann eine aktualisierte Konstruktion eines Kolbens Veränderungen der Gewichtsbalance, der Leistung und/oder anderer funktioneller Attribute des Kolbens bewirken, was wiederum Veränderungen an den Gegengewichten der Kurbelwelle oder Veränderungen an den Pleuelstangen und an der Motorkalibrierung nötig macht. Darüber hinaus ist es zu überlegen, dass Serviceanbieter, die eine Motorüberholung anbieten, einige Kolben ersetzen können, jedoch andere mit weniger Abnutzung oder Beschädigung im Motor belassen würden, was beträchtliche Leistungsprobleme bewirken würde, wenn der Ersatzkolben ein anderes Gewicht im Vergleich zum Originalkolben hätte. Irgendwelche solche Veränderungen an der Konstruktion der Motorkomponenten macht das Nachrüsten von gewissen Komponenten, wie beispielsweise Kolben effektiv ungeeignet für Motoren, die gegenwärtig in Produktion sind.The fact that engine pistons are not suitable as components that can be redesigned to fit an existing engine and replace an existing basic piston design relies in large part on constructive changes made to a piston often will require a concomitant series of changes to other engine components. For example, an updated piston design may cause changes in the weight balance, performance, and / or other functional attributes of the piston, which in turn necessitates changes to the crankshaft counterweights or changes to the connecting rods and engine calibration. In addition, it is contemplated that service providers offering engine overhaul could replace some pistons, but leave others with less wear or damage in the engine, which would cause significant performance problems if the replacement piston had a different weight compared to the original piston. Any such changes to the Engine component design makes the retrofitting of certain components, such as pistons, effectively inappropriate for engines currently in production.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist eine Schnittansicht eines bekannten Monotherm®-Kolbens, der von Mahle hergestellt wird, der im Folgenden als grundlegender Kolben bezeichnet wird. 1 is a sectional view of a known Monotherm ® piston which is made of meal, which is hereinafter referred to as basic flask.

2 ist eine Schnittansicht eines bekannten Monosteel®-Kolbens, der von Federal Mogul hergestellt wird, der im Folgenden als Kolben-Rohteil bezeichnet wird. 2 is a sectional view of a known Mono ® piston Steel, which is manufactured by Federal Mogul, which is hereinafter referred to as piston blank.

3 ist eine Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Kolbens gemäß der Offenbarung. 3 is a view of a first embodiment of a piston according to the disclosure.

47 sind verschiedene Ansichten des im 1 gezeigten Kolbens. 4 - 7 are different views of the im 1 shown piston.

8 ist eine Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Kolbens gemäß der Offenbarung. 8th is a view of a second embodiment of a piston according to the disclosure.

912 sind verschiedene Ansichten des in 6 gezeigten Kolbens. 9 - 12 are different views of the in 6 shown piston.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Diese Offenbarung bezieht sich auf Kolben zur Verwendung in Verbrennungsmotoren und insbesondere in direkt-einspritzenden verdichtungsgezündeten Motoren. Insbesondere sieht die Offenbarung ein Verfahren zum Erreichen einer Konstruktion von Kolben vor, die rückwärtskompatibel mit Motoren sind, die grundlegende Kolben haben, die schon im Dienst sind. Wie hier verwendet, bezieht sich der Ausdruck Rückwärtskompatibilität auf die Fähigkeit, in austauschbarer Weise, Originalkolben oder grundlegende Kolben und nachgerüstete Kolben unter Verwendung von bearbeiteten Kolben-Rohteilen zu verwenden, ohne Veränderungen an anderen Motorkomponenten zu erfordern. Somit können solche nachgerüsteten oder neu konstruierten Kolben während der Konstruktion von neuen Motoren verwendet werden, oder auch grundlegende Kolben während der Instandhaltung ersetzen. Zusätzlich können nachgerüstete Kolben als After-Market-Teile bzw. Ersatzteile positioniert werden, um die Leistung von existierenden Motoren zu verbessern.This disclosure relates to pistons for use in internal combustion engines, and more particularly in direct injection compression-ignition engines. In particular, the disclosure provides a method of achieving a design of pistons that are backward compatible with engines having basic pistons that are already in service. As used herein, the term backward compatibility refers to the ability to interchangeably use original pistons or basic pistons and retrofitted pistons using machined piston blanks without requiring changes to other engine components. Thus, such retrofitted or newly designed pistons may be used during the design of new engines, or even replace basic pistons during servicing. In addition, retrofitted pistons can be positioned as aftermarket parts to improve the performance of existing engines.

Zwei Beispiele von Kolben 10 und 20 des Standes der Technik werden jeweils in den 1 und 2 dargestellt. Der Kolben 18, der in 1 veranschaulicht ist, ist ein Monotherm®-Kolben und kann im Folgenden als der grundlegende Kolben bezeichnet werden. Der in 2 veranschaulichte Kolben 20 ist ein Monosteel®-Kolben und kann im Folgenden als Kolben-Rohteil bezeichnet werden. Zur Vereinfachung werden Merkmale des grundlegenden Kolbens 18 und des Kolben-Rohteils 20, die die gleichen oder ähnliche Merkmale der verbesserten Kolben 100 und 200 sind, die im Folgenden offenbart werden, mit den gleichen Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten der Figuren bezeichnet.Two examples of pistons 10 and 20 The prior art are each in the 1 and 2 shown. The piston 18 who in 1 is illustrated, is a Monotherm ® piston and may be referred to as the basic piston. The in 2 illustrated pistons 20 is a Monosteel ® piston and can be referred to below as a piston blank. For simplicity, features of the basic piston 18 and the piston blank 20 that have the same or similar characteristics of the improved pistons 100 and 200 are, which are disclosed below, denoted by the same reference numerals in the different views of the figures.

Der in 1 gezeigte grundlegende Kolben 18 weist verschiedene Merkmale auf, die für seine Konstruktion einzigartig sind. Insbesondere wird der grundlegende Kolben 18 durch einen Schmiedeprozess aus einer einheitlichen Metallmasse hergestellt. Der grundlegende Kolben 18 weist einen sich verjüngenden Teil 12 auf, der einen Kopfteil 104 davon, von einem Körperteil 106 trennt. Eine eingeschlossene Ölkühlgalerie 102 ist innerhalb des Kopfteils 104 ausgeformt und wird von einer ringförmigen Kante 14 umschlossen. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung wird der grundlegende Kolben 18 als eine grundlegende Komponente betrachtet, die für eine spezielle Motoranwendung geeignet ist und die schon in Motoren eingebaut worden ist, die an Kunden verkauft wurden, und im Einsatz arbeiten. Aus verschiedenen Gründen, wie beispielsweise Komponentenkosten, Verfügbarkeit erfordern Nachrüstungs- oder Ersatzteile oder erwünschte Motorleistungsverbesserungen, kann ein Motorhersteller wünschen, den grundlegenden Kolben 18 durch einen verbesserten Kolben zu ersetzen, jedoch ohne die Notwendigkeit, weiter andere Motorkomponenten zu ersetzen, die mit dem Kolben assoziiert sind, wie beispielsweise die Kurbelwelle.The in 1 shown basic piston 18 has several features unique to its construction. In particular, the basic piston 18 made by a forging process of a uniform metal mass. The basic piston 18 has a tapered part 12 on, the one headboard 104 of it, of a body part 106 separates. An included oil cooling gallery 102 is inside the header 104 shaped and is made of an annular edge 14 enclosed. For the purposes of the present disclosure, the basic piston will be described 18 considered as a fundamental component suitable for a particular engine application and already installed in engines sold to customers and working in service. For various reasons, such as component cost, availability, retrofit or replacement parts, or desirable engine performance enhancements, an engine manufacturer may want the basic piston 18 to replace with an improved piston, but without the need to continue to replace other engine components associated with the piston, such as the crankshaft.

Bezüglich des Ersatzes beim Service oder der Überholung von Komponenten können gewisse Komponenten, wie beispielsweise Kolben planmäßig in gewissen Serviceintervallen ersetzt werden oder zumindest untersucht werden und ersetzt werden, wenn die Abnutzung übermäßig groß ist. Kolben und Kolbenringe werden üblicherweise bei der Überholung ersetzt, jedoch werden andere Teile, wie beispielsweise die Kurbelwelle und die Nockenwelle üblicherweise nicht ersetzt, falls möglich. Wenn ein Kolben während eines solchen Serviceereignisses ersetzt werden soll, sollten gewisse Aspekte des grundlegenden Kolbens bewahrt werden, und gewisse Aspekte des Ersatzkolbens sollten nicht wesentlich anders sein als beim grundlegenden Kolben, um eine ordnungsgemäße Leistung und Emissionssteuerung sicherzustellen. Der Ersatzkolben sollte ”gewichtsausgeglichen” sein, oder sollte im Allgemeinen das gleiche Gewicht haben, wie der grundlegende Kolben. Der Ersatzkolben sollte eine im Wesentlichen ähnliche Verbrennungs- bzw. Kolbenmulde haben, wie der grundlegende Kolben, und die Ringnutgeometrie und Ringnutanordnung sollten ähnlich sein, um eine ordnungsgemäße Leistung und Emissionssteuerung sicherzustellen.With regard to replacement of service or overhaul of components, certain components, such as pistons, may be scheduled to be replaced at certain service intervals, or at least inspected and replaced if the wear is excessively large. Pistons and piston rings are usually replaced during overhaul, but other parts, such as the crankshaft and the camshaft, are usually not replaced, if possible. If a piston is to be replaced during such a service event, certain aspects of the basic piston should be preserved, and certain aspects of the replacement piston should not be significantly different than the basic piston, to ensure proper performance and emission control. The replacement piston should be "weight balanced" or should generally be the same weight as the basic piston. The replacement piston should have a substantially similar piston cavity as the basic piston, and the annular groove geometry and annular groove arrangement should be similar to ensure proper performance and emissions control.

Ein Kolben-Rohteil 20 ist in 2 gezeigt. Das Kolben-Rohteil 20 kann ein Kolben sein, der schon von einem Kolbenhersteller verfügbar ist, der viele erwünschte Merkmale hat, die schon in seiner Konstruktion mit eingeschlossen sind, dem jedoch gewisse Aspekte fehlen, wie beispielsweise das Gewicht. Merkmale des Kolben-Rohteils 20, die die gleichen sind, oder ähnliche, wie die Merkmale des grundlegenden Kolbens 18 oder die Merkmale der verbesserten Kolben 100 und 200, wie jene, die in den 312 veranschaulicht sind, werden zur Vereinfachung mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In einem Ausführungsbeispiel kann das Kolben-Rohteil 20 in kleinen Ausmaßen schwerer sein, als der grundlegende Kolben 18, beispielsweise um weniger als 1 Gramm oder um größere Mengen, beispielsweise um 105 Gramm oder mehr.A piston blank 20 is in 2 shown. The piston blank 20 may be a piston that is already available from a piston manufacturer that has many desirable features that are already included in its construction but that lack certain aspects, such as weight. Characteristics of the piston blank 20 that are the same or similar, as the characteristics of the basic piston 18 or the characteristics of the improved pistons 100 and 200 like those in the 3 - 12 are denoted by the same reference numerals for simplicity. In one embodiment, the piston blank 20 be heavier in small dimensions than the basic piston 18 For example, less than 1 gram or larger amounts, for example, 105 grams or more.

Zwei Ausführungsbeispiele von verbesserten Kolben, die zur Nachrüstung geeignet sind, werden hier offenbart. Jeder der verbesserten Kolben veranschaulicht einen Gewichtsausgleich- bzw. Gewichtsbalancevorgang, der an einem Kolben-Rohteil ausgeführt wird, so dass dieser zum Gewicht eines grundlegenden Kolbens passt. Beispielsweise ist vom Kolben 200 (wie in 812 gezeigt) mehr Gewicht entfernt worden als vom Kolben 100 (wie in 37 gezeigt). Die Gewichtsverringerung der verbesserten Kolben 100 und 200 ist in Gewichtsverringerungsregionen konzentriert, welche die sekundären Ölsammelkanäle aufweisen, wie weiter unten besprochen wird. Weiterhin wird auch ein Verfahren zur Optimierung der Konstruktion eines Kolbens für eine speziell Motoranwendung offenbart. Beide offenbarten Ausführungsbeispiele stellen das Ergebnis einer Modifikation einer grundlegenden Kolbenkonstruktion oder eines Kolben-Rohteils dar. In der folgenden Beschreibung werden strukturelle Merkmale des grundlegenden Kolbens 18 (1), des Kolben-Rohteils 20 (2), des ersten Ausführungsbeispiels eines verbesserten Kolbens 100 (37) und des zweiten Ausführungsbeispiels für einen verbesserten Kolben 200 (812) die gleich oder ähnlich sind, zur Vereinfachung unter Verwendung der gleichen Bezugszeichen in den Figuren bezeichnet und in den Zeichnungen beschrieben. Trotzdem sei erwähnt, dass Kolben mit Merkmalen oder Strukturen, die anders sind als jene, die hier gezeigt und beschrieben werden, verwendet werden können.Two embodiments of improved pistons suitable for retrofitting are disclosed herein. Each of the improved pistons illustrates a weight balance process performed on a piston blank to match the weight of a basic piston. For example, from the piston 200 (as in 8th - 12 shown) more weight removed than from the piston 100 (as in 3 - 7 shown). The weight reduction of the improved pistons 100 and 200 is concentrated in weight reduction regions comprising the secondary oil collection channels, as discussed further below. Also disclosed is a method for optimizing the design of a piston for a particular engine application. Both disclosed embodiments are the result of a modification of a basic piston design or a piston blank. In the following description structural features of the basic piston will be described 18 ( 1 ), the piston blank 20 ( 2 ), the first embodiment of an improved piston 100 ( 3 - 7 ) and the second embodiment for an improved piston 200 ( 8th - 12 ), which are the same or similar, are designated for simplicity using the same reference numerals in the figures and described in the drawings. Nevertheless, it should be noted that pistons having features or structures other than those shown and described herein may be used.

In den 1 und 2 veranschaulichen jeweils den grundlegenden Kolben 18 und das Kolben-Rohteil 20. 37 veranschaulichen ein erstes Ausführungsbeispiel eines Kolbens 100. 610 veranschaulichen ein zweites Ausführungsbeispiel eines Kolbens 200. Die Kolben 100 und 200, so wie sie gezeigt sind, sind Monosteel®-Kolben mit einer umschlossenen Kühlgalerie 102, die zwischen einem Kopf- oder Kolbenbodenteil 104 und einem Bolzen- oder Körperteil 106 definiert ist. Die Kolben 100 und 200 so wie sie veranschaulicht sind, wurden aus dem Kolben-Rohteil 20 so hergestellt, dass jeder zu dem Gewicht eines entsprechenden grundlegenden Kolbens passt, wie beispielsweise des grundlegenden Kolbens 18 (1) und jeder hat im Wesentlichen ähnliche Ringnuten und eine ähnliche Kolbenmuldengeometrie im Vergleich zu den entsprechenden grundlegenden Teilen.In the 1 and 2 each illustrate the basic piston 18 and the piston blank 20 , 3 - 7 illustrate a first embodiment of a piston 100 , 6 - 10 illustrate a second embodiment of a piston 200 , The pistons 100 and 200 As they are shown, are mono Steel ® pistons with an enclosed cooling gallery 102 between a head or piston head part 104 and a bolt or body part 106 is defined. The pistons 100 and 200 as they are illustrated, were from the piston blank 20 manufactured so that each matches the weight of a corresponding basic piston, such as the basic piston 18 ( 1 and each has substantially similar annular grooves and a similar piston bowl geometry to the corresponding basic parts.

In jedem Kolben formt der Körperteil 106 zwei Bolzenbohrungen 107. Die Kopf- bzw. Kolbenboden- und Körperteile 104 und 106 der Kolben 100 und 200 können aneinander entlang von Säumen 108 durch Reibschweißen verbunden sein. Jeder Kolben 100 oder 200 definiert eine äußere zylindrische Wand 110, die sich über die Kopf- und Körperteile 104 und 106 erstreckt, wie am besten im Detailabschnitt der 7 oder 12 gezeigt ist. Der Kopfteil 104 definiert eine Verbrennungs- bzw. Kolbenmulde 114, die eine Einsenkung ist, die im Kopf- bzw. Kolbenbodenteil 104 ausgeformt ist, welche sich über einen im Allgemeinen mittigen Teil davon erstreckt. Die Kolbenmulde 114 wird von einer oberen Stirnseite 116 umgeben, die sich im veranschaulichten Ausführungsbeispiel senkrecht mit der äußeren zylindrischen Wand 110 schneidet. Die Kolbenmulde 114 schneidet die obere Stirnseite 116 entlang eines Randes 117. Wie bekannt, kann die Form der Kolbenmulde 114 optimiert werden, um erwünschte Verbrennungscharakteristiken während des Betriebs eines Motors zu bieten.In each piston forms the body part 106 two bolt holes 107 , The head or piston bottom and body parts 104 and 106 The piston 100 and 200 can huddle together 108 be connected by friction welding. Every piston 100 or 200 defines an outer cylindrical wall 110 that stretch over the head and body parts 104 and 106 extends, as best in the detail section of 7 or 12 is shown. The headboard 104 defines a combustion or piston recess 114 , which is a depression, in the head or piston head part 104 is formed, which extends over a generally central part thereof. The piston recess 114 is from an upper end face 116 surrounded in the illustrated embodiment, perpendicular to the outer cylindrical wall 110 cuts. The piston recess 114 cuts the upper face 116 along an edge 117 , As is known, the shape of the piston recess 114 be optimized to provide desired combustion characteristics during operation of an engine.

Eine Vielzahl von Ringnuten, die sich parallel zueinander über einen Umfangsteil der äußeren zylindrischen Wand 110 erstrecken, weist eine obere Kolbenringnut 118 auf, die am nächsten zur oberen Stirnseite 116 angeordnet ist, eine untere Kolbenringnut 120, die, wie gezeigt, unter der oberen Kolbenringnut 118 angeordnet ist, und eine erste Ölsammelnut 122 auf, die unter der unteren Kolbenringnut 120 angeordnet ist. Die oberen und unteren Kolbenringnuten 118 und 120 genauso wie die erste Ölsammelnut 122 segmentieren die äußere zylindrische Wand 110 in einer Vielzahl von ”Stegen” oder, anders gesagt Bänder der zylindrischen Wandfläche, die die Nuten 118, 120 und 122 trennen und voneinander beanstanden. Insbesondere ist ein erster oder oberer Steg 124 zwischen der oberen Kolbenringnut 118 und dem Übergang zur oberen Stirnseite 116 definiert, ein zweiter Steg 126 ist zwischen den oberen und unteren Kolbenringnuten 118 und 120 definiert und ein dritter Steg 128 ist zwischen dem unteren Kolbenring und den ersten Ölsammelnuten 120 und 122 definiert, obwohl andere Konfigurationen oder Anzahlen von Kolbenring- und Ölsammelnuten verwendet werden können.A plurality of annular grooves extending parallel to each other over a peripheral portion of the outer cylindrical wall 110 extend, has an upper piston ring groove 118 on, the closest to the top 116 is arranged, a lower piston ring groove 120 which, as shown, under the upper piston ring groove 118 is arranged, and a first Ölsammelnut 122 on that under the lower piston ring groove 120 is arranged. The upper and lower piston ring grooves 118 and 120 as well as the first oil collection groove 122 segment the outer cylindrical wall 110 in a variety of "webs" or, in other words, tapes of the cylindrical wall surface containing the grooves 118 . 120 and 122 separate and object to each other. In particular, a first or upper bridge 124 between the upper piston ring groove 118 and the transition to the upper end face 116 defined, a second bridge 126 is between the upper and lower piston ring grooves 118 and 120 defined and a third bridge 128 is between the lower piston ring and the first oil collection grooves 120 and 122 although other configurations or numbers of piston ring and oil collection grooves may be used.

Wie aus den Figuren zu sehen ist, sind die ersten, zweiten und dritten Stege 124, 126 und 128 im Allgemeinen mit der äußeren zylindrischen Wand 110 ausgerichtet. Anders gesagt, Punkte auf den ersten, zweiten und dritten Stegen 124, 126 und 128 sind alle um ungefähr die gleiche radiale Distanz von einer Mittellinie 130 des Kolbens 100 oder 200 entfernt, und zwar ungeachtet irgendwelcher Zeichnungswinkel oder anderer Variationen der zylindrischen Form der äußeren zylindrischen Wand 110, die bei dem Kolben vorhanden sein können. As can be seen from the figures, the first, second and third bars are 124 . 126 and 128 generally with the outer cylindrical wall 110 aligned. In other words, points on the first, second and third jetties 124 . 126 and 128 are all about the same radial distance from a centerline 130 of the piston 100 or 200 regardless of any drawing angles or other variations of the cylindrical shape of the outer cylindrical wall 110 that may be present on the piston.

Wenn ein Kolben in einem Motor eingebaut ist, ist jeder Kolben 100 oder 200 innerhalb einer (nicht gezeigten) Zylinderbohrung angeordnet und weist eine (nicht gezeigte) Verbrennungsringdichtung auf, die innerhalb der ersten oder oberen Kolbenringnut 118 in dichtendem Kontakt zwischen dem Kolben 100 oder 200 und der Zylinderbohrung angeordnet ist. Die Verbrennungsringdichtung arbeitet dahingehend, dass sie strömungsmittelmäßig Verbrennungsnebenprodukte und verbrennbare Mischungen, die innerhalb des Zylinders über dem Kolben vorhanden sind, trennt. Ein (nicht gezeigter) Abstreifring kann innerhalb der untersten oder zweiten Kolbenringnut 120 angeordnet sein. Der Abstreifring kann dahingehend arbeiten, dass er Öl, welches an den Wänden des Zylinders anhaftet, während eines Abwärtshubes des Kolbens abstreift, wie zuvor besprochen. Öl, welches von dem Abstreifring gesammelt wird, kann zumindest zeitweise in der ersten Ölsammelnut 122 gesammelt werden, bevor es zurück nach unten am Kolben in das Kurbelgehäuse des Motors abläuft (nicht gezeigt). In den veranschaulichten Ausführungsbeispielen verbinden ein oder mehrere Ablauföffnungen 132 strömungsmittelmäßig die erste Ölsammelnut 122 mit der umschlossenen Kühlgalerie 102, was gestattet, das Öl, welches in der Nut 122 gesammelt ist, durch den Kolben in das Kurbelgehäuse des Motors abläuft.When a piston is installed in an engine, every piston is 100 or 200 disposed within a cylinder bore (not shown) and has a combustion ring seal (not shown) disposed within the first or upper piston ring groove 118 in sealing contact between the piston 100 or 200 and the cylinder bore is arranged. The combustion ring seal operates to fluidly separate combustion byproducts and combustible mixtures that are present within the cylinder above the piston. A scraper ring (not shown) may be located within the lowermost or second piston ring groove 120 be arranged. The wiper ring may operate to strip oil adhered to the walls of the cylinder during a downstroke of the piston, as previously discussed. Oil collected by the scraper ring may at least temporarily in the first oil collection groove 122 be collected before it runs back down the piston into the crankcase of the engine (not shown). In the illustrated embodiments, one or more drain ports connect 132 Fluidly the first Ölsammelnut 122 with the enclosed cooling gallery 102 , which allows the oil which is in the groove 122 is collected, runs through the piston into the crankcase of the engine.

Die Beschreibung hat bis jetzt Merkmale der Kolben 100 und 200 besprochen, die üblicherweise an dem grundlegenden Kolben 18 (1) und an dem Kolben-Rohteil 20 (2) zu finden sind, die in den veranschaulichten Ausführungsbeispielen verwendet werden, und die grundlegende Leistungscharakteristiken des Motors definieren, wie im Folgenden besprochen. Jeder Kolben 100 oder 200 weist jedoch Merkmale auf, die zum Kolbenrohteil 20 hinzugefügt worden sind, um das Gewicht des Kolbenrohteils zu optimieren und die Fähigkeit des Kolbens zu verbessern, effizient Öl zu entfernen, welches sich während des Abwärtshubes des Kolbens bei speziellen Motoranwendungen gesammelt hat. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Kolben-Rohteil so durch Bearbeitung des Kolben-Rohteils modifiziert sein, dass Gewicht davon entfernt wird, so dass das Gewicht einer grundlegenden Kolbenkonstruktion durch die verbesserten hier offenbarten Kolben erreicht wird. In solchen Fällen kann Material, welches vom Kolben-Rohteil entfernt wird, einer ausreichenden Gewichtsreduktion erreichen, die zum Gewicht des grundlegenden Kolbens passt, während gleichzeitig auch die Bildung der sekundären Ölsammelnuten und anderer verbesserter Merkmale gestattet wird, die hier beschrieben werden. Im Allgemeinen sei bemerkt, dass eine Verringerung des Gewichtes eines sich hin- und herbewegenden Kolbens im Motor das Trägheitsmoment des Motors verbessert und somit die nutzbare Leistungsausgabe des Motors steigert. Darüber hinaus kann die Fähigkeit eines Kolbens, leichter angesammeltes Öl von einer Zylinderwand während des Abwärtshubes des Kolbens zu entfernen, zu verringertem Motorölverbrauch und zu verringerten Emissionen führen. Die einzigartigen Merkmale von jedem der zwei hier dargestellten Ausführungsbeispiele werden nun genauer besprochen. Der Kolben 100 weist eine zusätzliche oder zweite Ölsammelnut 300 auf, die am besten in 7 gezeigt ist. Anders als die erste Ölsammelnut 122 ist die zweite Ölsammelnut 300 wesentlich breiter und definiert einen ersten Kanal 302 und einen zweiten Kanal 304 und einen Stegteil 306, mit verringertem Durchmesser, der zwischen den ersten und zweiten Kanälen 302 und 304 angeordnet ist. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der erste Kanal 302 umlaufend um den Kolben 100 gerade über einem ringförmigen Vorsprung 308, der den Stegteil 306 mit verringertem Durchmesser definiert. Der zweite Kanal 304 ist teilweise um den gesamten Umfang des Kolbens 100 herum geformt, ist jedoch über Teilen des Körperteils 106 mit verringertem Durchmesser unterbrochen, die die Bolzenbohrungen 107 aufnehmen, wie am besten in 5 gezeigt. Eine Fase 310 ist entlang der Schnittstelle zwischen dem Unterteil des zweiten Kanals 304 und dem Körperteil 106 des Kolbens 100 geformt.The description has until now features of the pistons 100 and 200 discussed, usually on the basic piston 18 ( 1 ) and on the piston blank 20 ( 2 ), which are used in the illustrated embodiments, and which define basic performance characteristics of the engine as discussed below. Every piston 100 or 200 However, has features that the Kolbenrohteil 20 have been added to optimize the weight of the piston blank and to improve the ability of the piston to efficiently remove oil that has collected during the downstroke of the piston in specific engine applications. In one embodiment, a piston blank may be modified by machining the piston blank such that weight is removed therefrom so that the weight of a basic piston design is achieved by the improved pistons disclosed herein. In such cases, material removed from the piston blank may achieve sufficient weight reduction that matches the weight of the basic piston while also allowing the formation of the secondary oil collection grooves and other improved features described herein. In general, it should be noted that reducing the weight of a reciprocating piston in the engine improves the moment of inertia of the engine and thus increases the useful power output of the engine. In addition, the ability of a piston to more easily remove accumulated oil from a cylinder wall during the downstroke of the piston can result in reduced engine oil consumption and reduced emissions. The unique features of each of the two embodiments shown will now be discussed in more detail. The piston 100 has an additional or second oil collection groove 300 on, the best in 7 is shown. Unlike the first oil collection groove 122 is the second oil collecting groove 300 much wider and defines a first channel 302 and a second channel 304 and a bridge part 306 , with reduced diameter, between the first and second channels 302 and 304 is arranged. In the illustrated embodiment, the first channel extends 302 revolving around the piston 100 just above a ring-shaped projection 308 , the bridge part 306 defined with reduced diameter. The second channel 304 is partially around the entire circumference of the piston 100 shaped around, however, is over parts of the body part 106 interrupted with reduced diameter, the bolt holes 107 record as best in 5 shown. A chamfer 310 is along the interface between the bottom of the second channel 304 and the body part 106 of the piston 100 shaped.

In dem speziellen Ausführungsbeispiel des Kolbens 100, der in den 37 veranschaulicht ist, hat die zweite Ölsammelnut 300 eine Gesamtbreite von ungefähr 9,5 mm. Jeder der ersten und zweiten Kanäle 302 und 304 kann mit einer Breite von ungefähr 2,5 mm, welche entlang der Länge des Kolbens 100 definiert ist, und einer Tiefe von ungefähr 5,34 mm geformt sein. Der Steg 306 mit verringertem Durchmesser (7) ist zwischen den ersten und zweiten Kanälen 302 und 304 angeordnet, hat eine Breite von ungefähr 4,5 mm und ist radial ungefähr 1,34 mm von der Oberfläche der äußeren zylindrischen Wand 110 angeordnet; anders gesagt, der Steg 306 mit verringertem Durchmesser hat eine Höhe in radialer Richtung, relativ zum Kolben 100 von ungefähr 4 mm. Die Fase 310 (7) erstreckt sich ungefähr um 1,5 mm unter die untere Kante des zweiten Kanals 304 in einem Winkel von ungefähr 20 Grad.In the specific embodiment of the piston 100 in the 3 - 7 illustrated has the second oil collecting groove 300 a total width of about 9.5 mm. Each of the first and second channels 302 and 304 can be with a width of about 2.5 mm, which is along the length of the piston 100 is defined and shaped to a depth of about 5.34 mm. The jetty 306 with reduced diameter ( 7 ) is between the first and second channels 302 and 304 has a width of about 4.5 mm and is radially about 1.34 mm from the surface of the outer cylindrical wall 110 arranged; in other words, the jetty 306 with reduced diameter has a height in the radial direction, relative to the piston 100 of about 4 mm. The chamfer 310 ( 7 ) extends approximately 1.5 mm below the lower edge of the second channel 304 at an angle of about 20 degrees.

Weiterhin ist die obere Kante oder die Kante am nächsten zur Verbrennungsmulde bzw. Kolbenmulde 114 des Kolbens 100 um ungefähr 33 mm unter der oberen Stirnseite 116 gelegen.Furthermore, the upper edge or the edge closest to the combustion recess or piston bowl 114 of the piston 100 about 33 mm below the upper front 116 located.

Ähnlich wie der Kolben 100, weist der in den 812 gezeigte Kolben 200 eine zusätzliche oder zweite Ölsammelnut 400 auf, die am besten in 12 gezeigt ist. Anders als die erste Ölsammelnut 122 ist die zweite Ölsammelnut 400 wesentlich breiter als irgendeine der anderen Nuten, die im Kolben 200 geformt ist. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die zweite Ölsammelnut 400 umlaufend um den Kolben 200, wird jedoch über Teilen mit verringertem Durchmesser des Kolbenteils 106 unterbrochen, welche die Bolzenbohrungen 107 aufnehmen, wie am besten in 10 gezeigt. Eine Fase 310 ist entlang der Schnittstelle zwischen dem Unterteil der zweiten Ölsammelnut 400 und dem Körperteil 106 des Kolbens 200 ausgeformt.Similar to the piston 100 , points in the 8th - 12 shown piston 200 an additional or second oil collecting groove 400 on, the best in 12 is shown. Unlike the first oil collection groove 122 is the second oil collecting groove 400 much wider than any of the other grooves in the piston 200 is shaped. In the illustrated embodiment, the second oil collection groove extends 400 revolving around the piston 200 but is about parts with reduced diameter of the piston part 106 interrupted, which the bolt holes 107 record as best in 10 shown. A chamfer 310 is along the interface between the lower part of the second oil collecting groove 400 and the body part 106 of the piston 200 formed.

In dem speziellen Ausführungsbeispiel des Kolbens 200 welches in den 812 veranschaulicht ist, kann die zweite Ölsammelnut 400 mit einer Breite von ungefähr 9 mm, welche entlang der Länge des Kolbens 200 definiert ist, und einer Tiefe von ungefähr 5,34 mm geformt sein. Die Fase 310 (12) erstreckt sich um ungefähr 1,5 mm unter der unteren Kante der zweiten Ölsammelnut 400 mit einem Winkel von ungefähr 20 Grad. Zusätzlich ist die obere Kante oder die Kante am nächsten an der Verbrennungsmulde bzw. Kolbenmulde 114 des Kolbens 100 um ungefähr 32,5 mm unter der oberen Stirnseite 116 gelegen.In the specific embodiment of the piston 200 which in the 8th - 12 is illustrated, the second Ölsammelnut 400 with a width of about 9 mm, which is along the length of the piston 200 is defined and shaped to a depth of about 5.34 mm. The chamfer 310 ( 12 ) extends about 1.5 mm below the lower edge of the second oil collection groove 400 at an angle of about 20 degrees. In addition, the upper edge or edge is closest to the combustion bowl or piston bowl 114 of the piston 100 about 32.5 mm below the upper end 116 located.

Industrielle AnwendbarkeitIndustrial applicability

Die Leistung der offenbarten Ausführungsbeispiele für die Kolben 100 und 200 im Motor wurde bewertet und mit der Leistung des grundlegenden Kolbens 18 verglichen, der zuvor in den gleichen Motoren verwendet wurde. Die Ergebnisse dieses Vergleichs zeigten eine unerwartete Verbesserung des Betriebs der Motoren im Vergleich zu gewissen Motorbetriebsparametern, die die Effizienz des Betriebs der Motoren beeinflussen können, genauso wie gewisse Parameter, welche die Zuverlässigkeit und Langlebigkeit der Motoren beeinflussen. In der Summe wird angenommen, dass die zusätzlichen Ölsammelnuten, beispielsweise die zweite Ölsammelnut 300 des Kolbens 100 (siehe beispielsweise 7) und die die zweite Ölsammelnut 400 (siehe beispielsweise 12) einen positiven und unerwarteten Effekt bei der Verringerung der Spitzenbetriebstemperatur von gewissen Bereichen des Kolbens hatten, genauso wie sie in bedeutungsvoller Weise und signifikant den Ölverbrauch der Motoren verringern, in denen sie arbeiten. Darüber hinaus wurde eine beträchtliche Verringerung von Ölablagerungen in dem ersten Steg und innerhalb der ersten Kolbenringnut der Kolben 100 und 200 im Vergleich zu den Ölablagerungen beobachtet, die bei den grundlegenden Kolben beobachtet wurden, die unter den gleichen Testzyklen arbeiten. Eine kurze Darstellung dieser Leistungsverbesserungen folgt.The performance of the disclosed embodiments for the pistons 100 and 200 in the engine was rated and with the performance of the basic piston 18 previously used in the same engines. The results of this comparison showed an unexpected improvement in the operation of the engines compared to certain engine operating parameters that can affect the efficiency of the engines' operation, as well as certain parameters that affect the reliability and longevity of the engines. In sum, it is assumed that the additional oil collecting grooves, for example, the second oil collecting groove 300 of the piston 100 (see, for example 7 ) and the second oil collection groove 400 (see, for example 12 ) have had a positive and unexpected effect in reducing the peak operating temperature of certain areas of the piston, as well as meaningfully and significantly reducing the oil consumption of the engines in which they operate. In addition, there has been a significant reduction of oil deposits in the first land and within the first piston ring groove of the pistons 100 and 200 compared to the oil deposits observed on the basic pistons operating under the same test cycles. A brief presentation of these performance improvements follows.

Der erste Bereich von unerwarteten Verbesserungen im Betrieb der Kolben 100 und 200 bezieht sich auf Spitzentemperaturen, die entlang des Randes 117 der Verbrennungsmulde bzw. Kolbenmulde 114 (siehe beispielsweise 5 und 10) beobachtet wurden, was auch die Spitzentemperatur des Kolbens während des Betriebs darstellt. Bei der grundlegenden Konstruktion war die Temperatur im stetigen Zustand am Rand der Kolbenmulde für einen Motor, der bei 1800 Umdrehungen pro Minute (u/min) und einer Nennleistung arbeitet, die für den getesteten Motor bei ungefähr 900 PS war, ungefähr 504 Grad Celsius (°C). In der gleichen Motoranwendung, wobei der Motor mit der gleichen Motordrehzahl und unter den gleichen Leistungsbedingungen arbeitete, ergab der Kolben 100 eine Temperatur im stetigen Zustand am Rand 117 der Kolbenmulde 114 von ungefähr 427°C. Diese Verringerung der Temperatur des Kolbens in dieser Region stellt eine Verbesserung von ungefähr 15,3% dar, was vor dem Test nicht erwartet wurde. Andere Bereiche der verbesserten Kolben 100 und 200 zeigten ähnliche Verbesserungen bei der Betriebstemperatur über entsprechende Bereiche der grundlegenden Kolben, die in den gleichen Motoren unter den gleichen Bedingungen arbeiteten.The first area of unexpected improvements in the operation of the pistons 100 and 200 refers to peak temperatures along the edge 117 the combustion recess or piston recess 114 (see, for example 5 and 10 ), which is also the peak temperature of the piston during operation. In the basic design, the steady state temperature at the edge of the piston bowl was about 504 degrees Celsius for an engine operating at 1800 revolutions per minute (RPM) and rated at about 900 horsepower for the engine under test. ° C). In the same engine application, with the engine operating at the same engine speed and under the same performance conditions, the piston yielded 100 a temperature in the steady state at the edge 117 the piston recess 114 from about 427 ° C. This reduction in the temperature of the piston in this region represents an improvement of about 15.3%, which was not expected before the test. Other areas of improved pistons 100 and 200 showed similar improvements in operating temperature over corresponding areas of the basic pistons operating in the same engines under the same conditions.

Ein weiterer Bereich von unerwarteter Verbesserung im Betrieb eines Motors in dem die Kolben 100 oder 200 eingebaut waren und arbeiteten bezieht sich auf das vom Motor ”verbrauchte” Öl. Wie bekannt ist, kann der Ölverbrauch während des Betriebs des Motors verschiedenen Faktoren zugeordnet werden, was mit einschließt, dass Öl innerhalb des Motorkurbelgehäuses verdampft, welches über ein Kurbelgehäuseventilationssystem entfernt wird, das Öl durch die Dichtungen des Kolbens läuft und in die Verbrennungszylinder eintritt und andere Faktoren. Es ist bestimmt worden, dass die verbesserten Kolben 100 oder 200 eine Verringerung des Motorölverbrauchs um 50% oder mehr im Vergleich zu einem grundlegenden Kolben ergaben. Beispielsweise kann ein Motor, bei einem Nennzustand für ungefähr 250 Stunden, arbeitet Öl mit einer Rate von ungefähr 0,0005 Pfund Öl (ungefähr 0,002 Kilo Öl) pro PS-Stunde im Betrieb mit den grundlegenden Kolben verbrauchen. Ein Test unter Verwendung des gleichen Motors der unter den gleichen Bedingungen für die gleiche Zeitperiode arbeitete, jedoch entweder den verbesserten Kolben 100 oder den verbesserten Kolben 200 eingebaut hatte, erreichte eine Ölverbrauchsrate, die ungefähr 0,00024 Pfund (ungefähr 0,0009 kg) Öl pro PS-Stunde war, was eine Verringerung von ungefähr 52% der Motorölverbrauchsrate gegenüber der grundlegenden Kolbenkonstruktion darstellt.Another area of unexpected improvement in the operation of an engine in which the pistons 100 or 200 were installed and worked refers to the engine "used" oil. As is known, the oil consumption during operation of the engine may be attributed to various factors, including that oil evaporates within the engine crankcase, which is removed via a crankcase ventilation system, the oil passes through the seals of the piston and enters the combustion cylinders, and others factors. It has been determined that the improved pistons 100 or 200 reduced engine oil consumption by 50% or more compared to a basic piston. For example, an engine operating at a nominal state for about 250 hours may consume oil at a rate of about 0.0005 pounds of oil (about 0.002 kilos of oil) per horsepower in operation with the basic pistons. A test using the same engine operating under the same conditions for the same time period, but either the improved piston 100 or the improved piston 200 reached an oil consumption rate that was about 0.00024 lbs (about 0.0009 kg) of oil per hp-hr, which represents a reduction of about 52% of the engine oil consumption rate over the basic piston design.

Ein zusätzliches Beispiel eines verbesserten Motorbetriebs unter der Verwendung der Kolben 100 oder 200 wurde beobachtet. Folgen auf eine Demontage von Testmotoren, welche die grundlegenden Kolben enthielten, genauso wie von Motoren, die die verbesserten Kolben 100 oder 200 enthielten, wurde eine beträchtliche Verringerung der Menge an Ölablagerungen beobachtet, die sich in der ersten oder oberen Kolbenringnut 118 und auf dem zweiten Steg 126 (siehe 7 und 12) der Kolben 100 und 200 im Vergleich zu den grundlegenden Kolben angesammelt hatten. Dieses Ergebnis war auch unerwartet. An additional example of improved engine operation using the pistons 100 or 200 was observed. Consequences of disassembly of test engines containing the basic pistons as well as of engines incorporating the improved pistons 100 or 200 A significant reduction in the amount of oil deposits found in the first or upper piston ring groove was observed 118 and on the second jetty 126 (please refer 7 and 12 ) The piston 100 and 200 had accumulated compared to the basic pistons. This result was also unexpected.

Basierend auf den vorangegangenen kann gesagt werden, dass die Breite der zweiten Ölsammelnut 300 oder 400 wie jeweils in den 7 und 12 gezeigt, wesentlich größer ist als die Breite der anderen Nuten des Kolbens.Based on the foregoing, it can be said that the width of the second oil collecting groove 300 or 400 as in each case in the 7 and 12 shown, is substantially larger than the width of the other grooves of the piston.

Beispielsweise hat die erste Ölsammelnut 122 (7 und 12) eine Breite von ungefähr 4 mm, was typisch für Motorkolben ist. Darüber hinaus sind die Kolbenringdichtungsnuten 118 und 120 von ähnlicher Breite. Dies bedeutet, dass die zweite Ölsammelnut 300 oder 400 an jedem Kolben 100 oder 200 mehr als zweimal so breit ist wie eine typische Nut, die dann im Motorkolben zu finden ist, wie beispielsweise an Kolben mit einer Nennbohrung oder einem äußeren Bohrungsdurchmesser von ungefähr 136 mm. Als praktische Folge vermeidet diese Differenz der Breite zwischen den zweiten Ölsammelnuten und den anderen Nuten, die in einem Kolben vorgesehen sind, wie hier offenbart ist, gewisse Montagefehler, wie beispielsweise einen Einbau eines Kolbenrings innerhalb einer Ölsammelnut und andere, insbesondere in dem Fall, wenn automatisierte Montageverfahren verwendet werden. Eine Robotoreinrichtung zum Einbau eines Kolbenrings, kann beispielsweise konstruiert und angeordnet sein, um eine Unterscheidung gegenüber der zweiten breiteren Ölsammelnut zu treffen, wenn bestimmt wird, in welche Nuten gewisse Ringdichtungen eingebaut werden sollten.For example, the first oil collection groove 122 ( 7 and 12 ) has a width of about 4 mm, which is typical for engine pistons. In addition, the piston ring sealing grooves 118 and 120 of similar width. This means that the second oil collecting groove 300 or 400 on each piston 100 or 200 more than twice as wide as a typical groove, which is then found in the engine piston, such as pistons with a nominal bore or outer bore diameter of about 136 mm. As a practical matter, this difference in width between the second oil collecting grooves and the other grooves provided in a piston as disclosed herein avoids certain assembly errors, such as installation of a piston ring within an oil collecting groove and others, especially in the case automated assembly methods are used. For example, a robotic device for installing a piston ring may be constructed and arranged to discriminate against the second, wider oil collection groove when determining which grooves certain ring seals should be installed in.

Es wird klar sein, dass die vorangegangene Beschreibung Beispiele des offenbarten Systems unter der Technik bietet. Es wird jedoch in Betracht gezogen, dass andere Ausführungen der Offenbarung im Detail von den vorangegangenen Beispielen abweichen können. Alle Bezugnahmen auf die Offenbarung oder Beispiele davon sind als Bezugnahme auf das Spezielle an diesem Punkt gerade besprochene Beispiel vorgesehen und sollen nicht irgendeine Einschränkung bezüglich des Umfangs der Offenbarung im Allgemeinen mit sich bringen. Jegliche Erwähnung einer Unterscheidung und einer weniger bevorzugten Ausführung bezüglich gewisser Merkmale ist vorgesehen, um anzuzeigen, dass diese Merkmale weniger bevorzugt werden, dies soll jedoch nicht solche Merkmale vollständig vom Umfang der Offenbarung ausschließen, außer wenn dies in anderer Weise angezeigt ist.It will be understood that the foregoing description provides examples of the disclosed system under the art. It is contemplated, however, that other embodiments of the disclosure may differ in detail from the foregoing examples. Any reference to the disclosure or examples thereof is intended to be in reference to the specific example just discussed at this point and is not intended to imply any limitation on the scope of the disclosure in general. Any reference to a distinction and a less preferred embodiment regarding certain features is intended to indicate that these features are less preferred, but this is not intended to fully exclude such features from the scope of the disclosure except as otherwise indicated.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Kolben (100) für einen Verbrennungsmotor, der Folgendes aufweist: einen Kolbenboden des Kolbens (100), der mit einem Körperteil (106) des Kolbens (100) verbunden ist, und darüber liegt, wobei der Körperteil (106) zwei Bolzenbohrungen (107) bildet, und wobei der Kolbenboden des Kolbens (100) eine äußere zylindrische Wand (110) definiert; zumindest eine Ringdichtungsnut des Kolbens (100), die in der äußeren zylindrischen Wand (110) geformt ist und sich umlaufend um den Kolbenboden des Kolbens (100) erstreckt; eine erste Ölsammelnut (122), die in der äußeren zylindrischen Wand (110) unter der mindestens einen Ringdichtungsnut des Kolbens (100) geformt ist und sich parallel zu der mindestens einen Ringdichtungsnut des Kolbens (100) um den gesamten Umfang des Kolbens (100) erstreckt, wobei die erste Ölsammelnut (122) eine erste Breite, gemessen an einer Mittellinie (130) des Kolbens (100) hat; und eine zweite Ölsammelnut (300, 400), die in der äußeren zylindrischen Wand (110) unter der ersten Ölsammelnut (122) ausgeformt ist, die sich parallel zur ersten Ölsammelnut (122) um den gesamten Umfang des Kolbens (100) erstreckt und eine Breite hat, die zumindest doppelt so groß ist, wie die Breite der ersten Ölsammelnut (122).Piston ( 100 ) for an internal combustion engine, comprising: a piston head of the piston ( 100 ), with a body part ( 106 ) of the piston ( 100 ), and above it, wherein the body part ( 106 ) two bolt holes ( 107 ), and wherein the piston crown of the piston ( 100 ) an outer cylindrical wall ( 110 ) Are defined; at least one annular sealing groove of the piston ( 100 ), which in the outer cylindrical wall ( 110 ) is formed and circumferentially around the piston head of the piston ( 100 ) extends; a first oil collecting groove ( 122 ), which in the outer cylindrical wall ( 110 ) under the at least one annular sealing groove of the piston ( 100 ) is formed and parallel to the at least one annular sealing groove of the piston ( 100 ) around the entire circumference of the piston ( 100 ), wherein the first oil collection groove ( 122 ) a first width, measured at a center line ( 130 ) of the piston ( 100 ) Has; and a second oil collecting groove ( 300 . 400 ), which in the outer cylindrical wall ( 110 ) under the first oil collecting groove ( 122 ) is formed parallel to the first Ölsammelnut ( 122 ) around the entire circumference of the piston ( 100 ) and has a width which is at least twice as large as the width of the first oil collection groove ( 122 ). Kolben (100) nach Anspruch 1, wobei die äußere zylindrische Wand (110) einen ersten Durchmesser hat, und wobei ein Steg (306) mit verringertem Durchmesser durch einen ringförmigen Teil des Kolbens (100) definiert ist, der innerhalb der zweiten Ölsammelnut (300, 400) angeordnet ist, wobei der Steg (306) mit verringertem Durchmesser, einen Durchmesser hat, der geringer ist als der Durchmesser der äußeren zylindrischen Wand (110).Piston ( 100 ) according to claim 1, wherein the outer cylindrical wall ( 110 ) has a first diameter, and wherein a web ( 306 ) of reduced diameter through an annular part of the piston ( 100 ) defined within the second oil collection groove ( 300 . 400 ), wherein the web ( 306 ) of reduced diameter, has a diameter which is less than the diameter of the outer cylindrical wall ( 110 ). Kolben (100) nach Anspruch 2, wobei der ringförmige Teil die zweite Ölsammelnut (200, 400) in einen ersten Kanal (302), der über den ringförmigen Teil angeordnet ist und einen zweiten Kanal unterteilt, der unter dem ringförmigen Teil angeordnet ist.Piston ( 100 ) according to claim 2, wherein the annular part is the second oil collecting groove ( 200 . 400 ) into a first channel ( 302 ) disposed over the annular member and dividing a second channel disposed below the annular member. Kolben (100) für einen Verbrennungsmotor, der Folgendes aufweist: ein erstes Ende, welches zumindest eine Ringnut definiert, wobei die mindestens eine Ringnut bemessen ist, um einen Ring für den Kolben (100) darin aufzunehmen; ein zweites Ende, welches einen Körperteil (106) definiert; und einen Gewichtsausgleichsabschnitt, der zwischen den ersten und zweiten Enden des Kolbens (100) angeordnet ist, wobei der Gewichtsausgleichsabschnitt des Kolbens (100) ausgenommene Teile aufweist, die bemessen sind, um zu verhindern, dass der Ring für den Kolben (100) in die ausgenommenen Teile eintritt.Piston ( 100 ) for an internal combustion engine, comprising: a first end defining at least one annular groove, the at least one annular groove being sized to define a ring for the piston ( 100 ) in it; a second end containing a body part ( 106 ) Are defined; and a weight balancing section disposed between the first and second ends of the piston ( 100 ), wherein the weight compensation portion of the piston ( 100 ) having recessed portions sized to prevent the ring for the piston ( 100 ) enters the recessed parts. Kolben (100) nach Anspruch 4, wobei ein Außendurchmesser des Kolbens (100) ungefähr 136 mm ist, und wobei die ausgenommenen Teile des Gewichtsausgleichabschnittes eine ringförmige Nut sind, die durch eine Tiefe von ungefähr 5,34 mm und eine Breite von ungefähr 9 mm definiert wird.Piston ( 100 ) according to claim 4, wherein an outer diameter of the piston ( 100 ) is about 136 mm, and wherein the recessed portions of the counterweight portion are an annular groove defined by a depth of about 5.34 mm and a width of about 9 mm. Kolben (100) für einen Verbrennungsmotor, der Folgendes aufweist: ein erstes Ende, welches zumindest eine Ringnut definiert, die strukturiert und angeordnet ist, um einen Ring für den Kolben (100) darin aufzunehmen; ein zweites Ende, welches ein Kolbenhemd definiert; einen Gewichtsausgleichsabschnitt, der zwischen der mindestens einen Ringnut und dem zweiten Enden des Kolbens (100) angeordnet ist, wobei der Gewichtsausgleichsabschnitt ausgenommene Teile definiert; und eine Barrierenwand, die zwischen der mindestens einen Nut und den ausgenommenen Teilen des Gewichtsausgleichsabschnittes angeordnet ist; wobei die Barrierenwand strukturiert und angeordnet ist, um den Ring darin angeordnet zu halten.Piston ( 100 ) for an internal combustion engine, comprising: a first end defining at least one annular groove that is structured and arranged to form a ring for the piston ( 100 ) in it; a second end defining a piston skirt; a weight balancing section disposed between the at least one annular groove and the second end of the piston ( 100 ), wherein the counterweight portion defines recessed portions; and a barrier wall disposed between the at least one groove and the recessed portions of the counterbalancing section; wherein the barrier wall is structured and arranged to hold the ring therein. Kolben (100) nach Anspruch 6, wobei die ausgenommenen Teile des Gewichtsausgleichsabschnittes eine ringförmige Nut sind, die durch eine Tiefe von ungefähr 5,34 mm definiert wird, wobei die zumindest eine Nut durch eine Breite von ungefähr 4 mm definiert wird, und die Barrierenwand durch eine Breite von ungefähr 4 mm definiert wird.Piston ( 100 ) according to claim 6, wherein the recessed parts of the counterbalancing section are an annular groove defined by a depth of about 5.34 mm, the at least one groove being defined by a width of about 4 mm, and the barrier wall by a width is defined by about 4 mm. Verfahren zur Herstellung eines Kolbens (100) für einen Verbrennungsmotor, wobei der Kolben (100) ein erstes Ende besitzt, welches zumindest eine Ringnut definiert, ein zweites Ende, welches ein Kolbenhemd definiert, und einen Zwischenabschnitt dazwischen, der im Allgemeinen den gleichen Durchmesser hat, wie das erste Ende des Kolbens (100) wobei die Verbesserung Folgendes aufweist: Formen einer Ölsammelnut mit einer Breite, die zumindest zweimal so groß ist wie eine Breite einer Ringnut des Kolbens (100), die im Kolben (100) geformt ist, wobei die Ölsammelnut bemessen und an dem Kolben (100) so angeordnet ist, wie im Allgemeinen in der vorliegenden Offenbarung beschrieben wird.Method for producing a piston ( 100 ) for an internal combustion engine, wherein the piston ( 100 ) has a first end defining at least one annular groove, a second end defining a piston skirt, and an intermediate portion therebetween having generally the same diameter as that first end of the piston ( 100 wherein the improvement comprises: forming an oil collecting groove having a width at least twice as large as a width of an annular groove of the piston ( 100 ) in the piston ( 100 ), wherein the oil collecting groove is sized and fixed to the piston ( 100 ) is arranged as generally described in the present disclosure. Verfahren zum Ersetzen eines grundlegenden Kolbens (18) in einem Motor durch einen verbesserten Kolben (200), welches Folgendes aufweist: Auswählen eines Kolben-Rohteils (20) mit einem ersten Ende, welches einen Kolbenboden an einem Ende davon und einen Ringnutsteg definiert, mit einem zweiten Ende, welches ein Kolbenhemd definiert, und mit einem Zwischenabschnitt dazwischen, der im Allgemeinen den gleichen Durchmesser hat, wie das erste Ende des Kolbens (100), wobei der Kolbenboden eine Kolbenmulde mit im Wesentlichen ähnlichen Abmessungen aufweist, wie eine Mulde des grundlegenden Kolbens, wobei der Ringnutsteg eine Vielzahl von Ringnuten aufweist, die im Wesentlichen ähnliche Abmessungen und eine Anordnung haben, wie die Ringnuten des Referenzkolbens (100); und Bearbeiten eines ausgenommenen Teils im Mittelteil, wobei ein Gewicht des gewichtsausgeglichenen Kolbens (100) im Wesentlichen ähnlich einem Gewicht des grundlegenden Kolbens (18) ist.Method for replacing a basic piston ( 18 ) in an engine by an improved piston ( 200 ), comprising: selecting a piston blank ( 20 ) having a first end defining a piston crown at one end thereof and an annular groove land, having a second end defining a piston skirt, and an intermediate portion therebetween generally of the same diameter as the first end of the piston (US Pat. 100 ), wherein the piston crown has a piston recess of substantially similar dimensions as a depression of the basic piston, the annular groove member having a plurality of annular grooves having substantially similar dimensions and arrangement as the annular grooves of the reference piston (US Pat. 100 ); and machining a recessed part in the middle part, wherein a weight of the weight-balanced piston ( 100 ) substantially similar to a weight of the basic piston ( 18 ). Verfahren nach Anspruch 9, welches weiter Folgendes aufweist: Bewerten der Konstruktion des gewichtsausgeglichenen Kolbens (100) durch Simulationstest im Motor und durch Computersimulation, durch Vergleich von einem Leistungsattribut eines Motors, der mit dem verbesserten Kolben (200) arbeitet, mit einem entsprechenden Leistungsattribut eines Motors, der mit dem grundlegenden Kolben (18) arbeitet.The method of claim 9, further comprising: evaluating the weight balanced piston construction ( 100 ) by simulation test in the engine and by computer simulation, by comparison of a performance attribute of an engine, with the improved piston ( 200 ), with a corresponding performance attribute of an engine that is connected to the basic piston ( 18 ) is working.
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